“แผ่นดินไหวขนาดเล็ก” ที่จะขับเคลื่อนเทคโนโลยีแห่งอนาคต? ชิปใหม่จะนำสมาร์ทโฟนไปสู่ยุคใหม่ที่บางลงและเร็วขึ้น

ในยุคปัจจุบันที่เทคโนโลยีพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว ความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาของเราเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เราไม่เพียงต้องการความเร็วในการประมวลผลที่เร็วขึ้นและแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้นานขึ้นเท่านั้น แต่ยังต้องการดีไซน์ที่บางและเบาเป็นพิเศษอีกด้วย ในขณะที่ความก้าวหน้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่เน้นไปที่การปรับปรุงเทคโนโลยีการแสดงผลหน้าจอหรือประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์ แต่ความก้าวหน้าล่าสุดจากศาสตร์แห่งฟิสิกส์อาจเปลี่ยนแปลงตรรกะการทำงานของอุปกรณ์ในกระเป๋าของเราอย่างสิ้นเชิง กลุ่มวิศวกรชั้นนำจากสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถสร้าง “แผ่นดินไหวขนาดเล็ก” บนพื้นผิวของชิปได้ นวัตกรรมที่มองไม่เห็นนี้ถือเป็นชิ้นส่วนสำคัญของปริศนาสำหรับฮาร์ดแวร์การสื่อสารไร้สายรุ่นต่อไป

แนวคิดหลักของเทคโนโลยีนี้ไม่ใช่เลเซอร์แบบออปติคอลที่เราคุ้นเคย แต่เป็นกลไกใหม่ที่ใช้การสั่นสะเทือนของเสียง ด้วยความร่วมมือข้ามสาขาวิชาจากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ มหาวิทยาลัยแอริโซนา และห้องปฏิบัติการแห่งชาติแซนเดีย ทีมวิจัยได้พัฒนาไมโครชิปชนิดใหม่ที่ใช้คุณลักษณะการส่งผ่านของคลื่นเสียงบนพื้นผิววัสดุเพื่อประมวลผลสัญญาณด้วยประสิทธิภาพสูงมาก งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสารชื่อดังอย่าง *Nature* ซึ่งไม่เพียงแต่จะนำไปสู่การลดความซับซ้อนของโครงสร้างภายในของสมาร์ทโฟนเท่านั้น แต่ยังอาจนำไปสู่ยุคใหม่ของประสิทธิภาพสูงสำหรับอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ IoT อีกด้วย

การควบคุมคลื่นแผ่นดินไหวขนาดเล็กบนชิป

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีล้ำสมัยนี้เรียกว่า “เลเซอร์โฟนอนคลื่นเสียงพื้นผิว” เพื่อให้ประชาชนทั่วไปเข้าใจคำศัพท์ทางฟิสิกส์ที่ซับซ้อนนี้ได้ง่ายขึ้น นักวิจัยจึงใช้การเปรียบเทียบที่ชัดเจน: ลองนึกภาพแผ่นดินไหวบนพื้นผิวโลก ที่คลื่นแผ่นดินไหวทรงพลังแพร่กระจายไปตามพื้นผิว ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นบนชิปขนาดเล็กนี้ เพียงแต่ว่า “คลื่นแผ่นดินไหว” เหล่านี้ถูกควบคุมในระดับจุลภาคอย่างยิ่งและนำทางอย่างแม่นยำ กลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการส่งข้อมูล คลื่นกลเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปตามชั้นนอกสุดของวัสดุเท่านั้นและไม่ทะลุเข้าไปภายในลึกๆ นี่คือความชาญฉลาดของมันอย่างแท้จริง

ที่จริงแล้ว เทคโนโลยีคลื่นเสียงพื้นผิว (SAW) มีอยู่แล้วในชีวิตประจำวันของเรา ตั้งแต่สมาร์ทโฟนและรีโมทควบคุมประตูรถ ไปจนถึงตัวรับสัญญาณ GPS ในระบบนำทาง อุปกรณ์เหล่านี้อาศัยคลื่นเสียงในการกรองเสียงรบกวนและรับประกันความบริสุทธิ์ของสัญญาณ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีแบบดั้งเดิมมักต้องการส่วนประกอบหลายอย่างในการแปลงและกรองสัญญาณ ซึ่งไม่เพียงแต่สิ้นเปลืองพื้นที่ แต่ยังไม่มีประสิทธิภาพอีกด้วย ในครั้งนี้ ทีมวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์ใหม่ที่สามารถบีบอัดฟังก์ชันเหล่านี้ลงในชิปเดียวได้สำเร็จ และด้วยกลไกเลเซอร์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ทำให้คลื่นสั่นสะเทือนขนาดเล็กเหล่านี้มีความเข้มและความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน คล้ายกับการสร้างลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสโดยใช้เสียง

ความมหัศจรรย์ทางกายภาพของวัสดุคอมโพสิต

การสร้างชิปตัวใหม่นี้เป็นผลมาจากโครงสร้างวัสดุหลายชั้นที่ซับซ้อน ชั้นล่างสุดใช้ซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุพื้นฐานมาตรฐานที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เหนือซิลิคอนเป็นชั้นของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่เรียกว่าลิเธียมไนโอเบต ลิเธียมไนโอเบตมีคุณสมบัติทางกายภาพที่พิเศษ คือ มันสร้างสนามไฟฟ้าเมื่อมันสั่น และในทางกลับกัน มันจะสั่นเมื่อมีสนามไฟฟ้าอยู่ จึงทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างสัญญาณไฟฟ้าและการเคลื่อนไหวเชิงกล ชั้นบนสุดคืออินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ ซึ่งมีหน้าที่เร่งอิเล็กตรอนเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้เกิดการส่งพลังงานเข้าสู่ระบบทั้งหมด

เมื่อชิปได้รับพลังงาน ชั้นอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์จะผลักดันอิเล็กตรอนให้เกิดการเร่งความเร็ว ซึ่งจะทำให้ชั้นลิเธียมไนโอเบตสั่นสะเทือน ก่อให้เกิดคลื่นเสียงพื้นผิว (SAW) กระบวนการนี้ได้รับการออกแบบอย่างซับซ้อน คลื่นเสียงจะสะท้อนไปมาระหว่างกระจกขนาดเล็กภายในชิป โดยได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นในแต่ละครั้งที่สะท้อนเนื่องจากอิเล็กตรอน นักวิจัยอธิบายว่า แม้ว่าคลื่นเสียงจะสูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ไปในระหว่างการสะท้อนกลับ แต่ระบบได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานที่ได้รับในระหว่างการสะท้อนไปข้างหน้ามีมากกว่าการสูญเสียอย่างมาก จึงทำให้เกิดผลการขยายสัญญาณคล้ายกับเลเซอร์แบบออปติคอล และในที่สุดก็ปล่อยคลื่นสัญญาณที่มีเสถียรภาพและทรงพลังออกมา

ก้าวข้ามข้อจำกัดด้านความถี่และข้อจำกัดด้านพื้นที่

ปัจจุบัน อุปกรณ์ต้นแบบนี้ทำงานที่ความถี่ประมาณ 1 กิกะเฮิร์ตซ์ (GHz) ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างการสั่นสะเทือนได้หลายพันล้านครั้งต่อวินาที ซึ่งอยู่ในช่วงความถี่ที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารไร้สายในปัจจุบันแล้ว อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น ทีมวิจัยมั่นใจว่าด้วยการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ความถี่ของเลเซอร์โฟนอนนี้อาจสูงถึงหลายสิบหรือหลายร้อยกิกะเฮิร์ตซ์ในอนาคต ซึ่งจะเกินขีดจำกัดของอุปกรณ์คลื่นเสียงพื้นผิวที่มีอยู่ ทำให้ได้ความเร็วในการประมวลผลสัญญาณที่สูงขึ้นและผลการกรองที่ชัดเจนยิ่งขึ้น ปูทางไปสู่การสื่อสาร 5G และ 6G ในอนาคต

นอกเหนือจากการปรับปรุงประสิทธิภาพแล้ว เทคโนโลยีนี้ยังมีผลกระทบอย่างมากต่อการออกแบบฮาร์ดแวร์ สมาร์ทโฟนสมัยใหม่มีพื้นที่ภายในจำกัดมาก และเพื่อจัดการกับสัญญาณไร้สายที่ซับซ้อน ผู้ผลิตมักถูกบังคับให้ใส่ส่วนประกอบวิทยุหลายชิ้นเข้าไป ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้โทรศัพท์บางลงได้ยาก เทคโนโลยีใหม่นี้หมายความว่าในอนาคต ชิปตัวเดียวสามารถทำงานที่เคยต้องใช้ส่วนประกอบหลายชิ้นได้ ซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มพื้นที่ภายในอันมีค่า ทำให้สามารถออกแบบโทรศัพท์ให้บางและกะทัดรัดขึ้นได้ แต่ยังช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวม แก้ปัญหาเรื่องแบตเตอรี่หมดเร็วและการระบายความร้อนที่เป็นปัญหาสำคัญของอุปกรณ์พกพาสมัยใหม่ได้อีกด้วย

วิสัยทัศน์ด้านวิศวกรรมเพื่อบอกลายุคของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบชิ้นเดียว

สิ่งประดิษฐ์นี้เป็นมากกว่าแค่การอัพเกรดคุณสมบัติของฮาร์ดแวร์ มันแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในแนวคิดการออกแบบทางวิศวกรรม เป็นเวลานานแล้วที่เราพึ่งพาการไหลของอิเล็กตรอนอย่างง่ายๆ ในการส่งข้อมูล แต่ในปัจจุบัน วิศวกรกำลังหันมาใช้ “โฟนอน” และคลื่นกลเพื่อช่วยหรือแม้กระทั่งทดแทนการทำงานบางอย่างของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม การประยุกต์ใช้แบบสหวิทยาการนี้ ซึ่งผสมผสานระหว่างเสียง แสง และอิเล็กทรอนิกส์ กำลังกำหนดนิยามใหม่ให้กับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับการคำนวณและการสื่อสาร นอกจากโทรศัพท์มือถือแล้ว ชิปสั่นสะเทือนเหล่านี้จะถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์เครือข่ายระดับสูง และระบบเรดาร์ในอนาคตด้วย

ดังที่ทีมวิจัยได้กล่าวไว้ ชิปเลเซอร์โฟนอนนี้เปรียบเสมือนโดมิโนตัวสุดท้ายที่รอคอยมานานในวงการสื่อสารไร้สาย ด้วยการพัฒนาและการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ เรากำลังจะได้เห็นการปฏิวัติเงียบๆ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอนาคตอาจไม่ได้เป็นเพียงแค่การเพิ่มความละเอียดของหน้าจอหรือพิกเซลของเลนส์อีกต่อไป แต่จะเป็นเรื่องของชิปขนาดเล็กเหล่านี้ที่ซ่อนอยู่ใต้ตัวเครื่อง ซึ่งกำลังเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของโลกอย่างเงียบๆ โดยใช้กฎของฟิสิกส์ คลื่นแห่งเทคโนโลยีนี้ ซึ่งถูกกระตุ้นโดย “แผ่นดินไหวขนาดเล็ก” กำลังจะกวาดล้างอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั่วโลก

อ้างอิง

• เกิด “แผ่นดินไหวขนาดเล็ก” ในอุตสาหกรรมการผลิตชิป! สหรัฐฯ พัฒนาเทคโนโลยีอะคูสติกโฟโตนิกส์ ซึ่งอาจทำให้โทรศัพท์มือถือบางลงกว่าเดิม
• This chip can make future phones thinner and faster through tiny ‘earthquakes’
• “The Waves From an Earthquake, Only On the Surface of a Small Chip”: This Vibrating Laser May Be the Future of Wireless Technology

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

หากคุณยังไม่รู้ว่าจะเลือกอันที่เหมาะสมที่สุดอย่างไรหลังจากอ่านข้อความนี้แล้ว

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…